基本輸出入系統 (BIOS)BIOS

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基本輸出入系統 (BIOS)（BasicInput Output System，BIOS）是電腦系統軟體中與硬體關係最密切的軟體之一，它包含最基本的中斷服務程式、系統設定程式、加電自檢程式和系統啟動自舉程式。BIOS程式是電腦開機加電後第一個開始執行的程式，完成硬體檢測及基本的設定功能，BIOS也為作業系統及其他自啟動程式的開發、載入提供介面，是電腦系統中最基礎的系統軟體。本文主要介紹BIOS的構成及功能。

一、 BIOS的概述

在日常使用電腦的過程中，特別是在進行安裝作業系統、設定開機密碼等操作時，經常會接觸到BIOS的相關概念。BIOS是“BasicInput Output System”的縮寫，其中文名稱為“基本輸出入系統 (BIOS)”。BIOS是固化在電腦主板上的ROM晶片中的一組程式，直接對電腦系統中的輸入輸出裝置進行硬體級的控制，為其他軟體程式與硬體裝置之間建立串連提供基礎。BIOS是電腦加電後最先執行的程式，完成對系統的各個硬體裝置初始化設定和測試等功能，以確保系統能夠正常工作。若硬體不正常則立即停止工作，並把出錯的裝置資訊反饋給使用者。

在電腦主板中，儲存BIOS程式的ROM及其配套電路構成了BIOS晶片。BIOS晶片通常是一塊32針的雙列直插式長方形或正方形整合電路，表面貼有“BIOS”字樣的標籤。

BIOS晶片根據其ROM儲存空間特點的不同，可以分為EPROM和EEPROM兩種類型。EPROM稱為可擦除可程式化唯讀記憶體，其晶片的中央有一個透明的小視窗，通過這個小視窗可以使用紫外線光將晶片上儲存的資訊擦除掉，因此需要一塊不透明的標籤將已儲存了資訊的EPROM晶片的紫外線視窗封住。在向EPROM寫入內容時，必須先用紫外線擦除器將EPROM中的資訊清除掉，即將EPROM中的每個資訊儲存位元位單元都變成“1”狀態。而EEPROM是電可擦除可程式化唯讀記憶體，在通常情況下，EEPROM與EPROM一樣也是唯讀，當需要寫入內容時，只要在指定的引腳加上一個高電壓即可快速地寫入或擦除。另外還有一種EEPROM就是現在主板上常見的FLASHROM——閃速儲存空間，其讀寫速度更快、更可靠，而且可以用單電壓進行讀寫和編程，為攜帶型裝置的線上操作提供了極大的便利，也因此廣泛應用在電腦主板上。通常，在Intel486以及486以下檔次電腦中使用的BIOS晶片基本上採用的是EPROM晶片，而586及以上檔次電腦中使用的BIOS晶片基本上均是EEPROM。

在微電腦主板上使用的主流BIOS產品有AMIBIOS、AwardBIOS、PhoenixBIOS三種類型。AMIBIOS是AMI公司出品的BIOS系統軟體，開發於80年代中期，早期的286、386大多採用AMIBIOS，它對各種軟、硬體的適應性好，能保證系統效能的穩定。AwardBIOS是由AwardSoftware公司開發的BIOS產品，在台式機的主板中應用最為廣泛。PhoenixBIOS是Phoenix公司的產品，在效能和穩定性方面要優於AwardBIOS和AMIBIOS，多用於伺服器系統、品牌機和膝上型電腦中。目前，Phoenix公司已經與Award公司合并，其產品Phoenix-AwardBIOS應用於各種類型的微電腦主板系統。

二、 BIOS的組成

固化在ROM中的BIOS程式包括以下幾部分。

1．BIOS中斷服務程式

中斷是改變處理器執行指令順序的一種事件，這樣的事件與CPU晶片內外部硬體電路產生的電訊號相對應。電腦在執行程式的過程中，當出現中斷時，電腦停止現行程式的運行，轉向對這些中斷事件的處理，處理結束後再返回到現行程式的間斷處。引起中斷產生的事件稱為中斷源，包括外部裝置請求、發生裝置故障、系統時鐘請求、資料通道中斷、軟體中斷等等。CPU對中斷的處理是通過執行中斷服務程式來實現的，中斷服務程式是系統開發人員針對某種中斷事件事先編寫好的，儲存在記憶體的某個地址空間，每個中斷服務程式的入口地址儲存在中斷向量表中。中斷源在向CPU進行插斷要求時，會告知CPU一個中斷類型號n（n在x86系統中規定為0-255之間的整數），每個n是一個整型數，對應一種中斷服務程式。CPU根據中斷類型號，尋找中斷向量表，找出對應的中斷服務程式的入口地址，進而調用該中斷服務程式。BIOS中包含很多中斷服務程式（或者稱為插斷服務常式），比如顯示服務（INT10H）、直接磁碟服務(INT13H)、鍵盤服務（INT16H）等等，可以為微電腦軟體和硬體之間提供可程式化介面，用於軟體功能與硬體裝置實現銜接。 DOS、Windows等作業系統對磁碟片、硬碟、光碟機與鍵盤、顯示器等外圍裝置的管理即建立在系統BIOS的基礎上。程式員也可以直接調用BIOS中斷服務程式。

2．BIOS系統設定程式

微電腦中各部分組件的配置參數是放在一塊可讀寫的CMOSRAM晶片（簡稱CMOS）中的，它儲存著系統CPU、軟/硬碟、顯示器、鍵盤等組件的配置資訊。微電腦關閉電源後，系統通過一塊後備電池向CMOS供電以保持其中的資訊。如果CMOS中關於微機組件的配置資訊不正確，會導致系統效能降低和零組件不能識別，並由此引發一系列的軟硬體故障。在BIOS晶片中裝有一個程式稱為系統設定程式，其作用就是用來設定CMOS中的各種參數。各品牌和型號的微電腦對進入CMOS設定介面使用的按鍵有不同的規定。可以在開機後按下規定的按鍵進入到CMOS系統配置程式進行相關參數的設定。系統配置程式提供了良好的介面供使用者使用。設定CMOS參數的過程，習慣上也稱為“BIOS設定”。增加了新的組件或者要進行作業系統的安裝或升級，通常都需要進行BIOS設定。

在這裡要注意CMOS設定和BIOS設定概念的區別。CMOS是微電腦主機板上一塊特殊的RAM晶片,是系統參數存放的地方，而BIOS是一組程式，儲存在主板上EPROM或EEPROM晶片中，BIOS中所包含的系統設定程式是完成參數設定的手段。因此，準確的說法應是通過BIOS中的系統設定程式對CMOS參數進行設定。

3．POST加電自檢程式

微電腦在接通電源後，系統有一個對內部各個裝置進行檢查的過程，該過程是由一個通常稱之為 POST(PowerOn Self Test, 加電自檢 ) 的程式來完成的。完整的 POST 自檢過程包括了 CPU 、 640K 基本記憶體、 1M 以上的擴充記憶體、 ROM 、主板、 CMOS 儲存空間、串口、並口、顯示卡、硬碟及鍵盤的測試。自檢中若發現問題，系統將給出提示資訊或鳴笛警告。

4．BIOS系統啟動自舉程式

BIOS系統啟動自舉程式的作用是在完成POST自檢後，按照系統CMOS設定中的啟動順序搜尋硬碟及CDROM、網路伺服器等有效開機磁碟機，讀入作業系統引導程式，然後將系統控制權交給引導程式。作業系統從執行引導程式開始逐步完成作業系統核心的載入和初始化，完成系統的啟動。

三、 BIOS的準系統

根據BIOS所包含的各種程式，歸納出BIOS的準系統如下。

1．自檢及初始化

在微電腦接通電源到作業系統開始工作之前，BIOS程式負責系統的啟動。首先是通過POST自檢程式對系統各個組件進行檢查測試，一旦在自檢中發現問題，系統將給出提示資訊或鳴笛警告。其次，BIOS可以為微電腦系統提供初始化服務，包括建立中斷向量、設定寄存器、對一些外部裝置進行參數設定等等，只有當硬體參數設定與實際微電腦硬體相符合時，系統才能正常工作。最後，BIOS還負責作業系統的引導。BIOS先從硬碟的開始扇區讀取引導記錄，如果沒有找到，則會在顯示器上顯示沒有引導裝置，如果找到引導程式會把微電腦系統的控制權轉給引導程式，通過執行引導程式開始，逐步把作業系統裝入記憶體，並執行作業系統程式。

2．提供者服務處理

BIOS是串連微電腦系統軟體和硬體之間的“橋樑”，它可以為各種作業系統軟體和應用程式提供微電腦輸入輸出裝置的處理服務，比如磁碟的讀寫、鍵盤的讀取、將檔案輸出到印表機等。為了完成這些操作，CPU通過執行BIOS程式直接與電腦的輸入輸出裝置之間進行命令和資料的交換，通過特定的連接埠向輸入輸出裝置發出命令，向這些外部裝置傳送資料或者接收這些裝置傳過來的資料，從而實現作業系統或應用程式對輸入輸出裝置的硬體操作。

3．提供硬體中斷處理

因為BIOS中包含了各種中斷服務程式，當系統需要對不同硬體進行操作時，BIOS可以調用其中的中斷服務程式來實現微電腦硬體裝置的控制和使用。

2、3兩部分功能雖然是各自獨立，但在使用上密切相關。這兩部分分別為軟體和硬體服務，通常情況下都是聯合在一起工作，保證微電腦系統的正常運行。

四、 微電腦啟動的一般過程

微電腦裝置從開啟電源到進入作業系統介面，在這短短的幾秒鐘時間裡，是由BIOS系統控制和配合電腦硬體進行工作的，下面來簡單分析一下微電腦啟動的一般過程。

1．當電源開關按下時，電源開始向主板和其他裝置供電，此時電壓並不穩定，於是，當主板認為電壓並沒有達到CMOS中記錄的CPU的主頻所要求的電壓時，就會向CPU發出RESET訊號（複位訊號），當電壓達到符合要求的穩定值時複位訊號撤銷，CPU立刻從基本記憶體的BIOS段讀取一條跳轉指令，跳轉到BIOS的啟動代碼處，開始執行啟動系統的BIOS程式。

2．執行BIOS啟動程式會進行加電自檢POST。這個過程進行得很快，它的主要工作是檢測關鍵裝置，如電源、CPU晶片、BIOS晶片、基本記憶體等電路是否存在，供電情況是否良好。如果自檢出現了問題，系統喇叭會發出警報聲（根據警報聲的長短和次數可以知道出現了什麼問題）。

3．如果自檢通過，系統BIOS會尋找顯卡BIOS，找到後會調用顯卡BIOS的初始化代碼，此時顯示器就開始顯示了，BIOS會在螢幕上顯示顯卡的相關資訊。

4．顯卡檢測成功後會進行其他裝置的測試，通過測試後系統BIOS重新執行代碼，並顯示啟動畫面，將相關資訊顯示在螢幕上，而後會進行記憶體測試，最後是短暫出現系統BIOS設定的提示資訊，此時按下進入BIOS程式設定CMOS參數介面的按鍵，可以對系統BIOS進行需要的設定，完成後系統會重新啟動。

5．此後BIOS會檢測系統的標準硬體（如硬碟、光碟機、串列和並行介面等），檢測完成後會接著檢測隨插即用裝置，如果有的話就為該裝置分配中斷、DMA通道和I/O連接埠等資源，至此所有的裝置都已經檢測完成了，比較老的電腦會進行一次清屏操作並顯示一個系統配置表，如果與上次啟動相比出現了硬體變動，BIOS還會更新擴充系統配置資料ESCD（ExtendedSystem Configuration Data，ESCD），它是系統BIOS用來與作業系統交換硬體設定資訊的資料，這些資料被存放在CMOS中。新型機器則不再顯示這些內容了。

6．當上面的所有步驟都順利完成以後，BIOS將執行最後一項任務：按照使用者指定的裝置順序，依次從裝置中找啟動程式，以完成系統啟動。例如：我們設定的啟動順序是先從光碟機啟動，然後從硬碟啟動，BIOS會先去光碟機中找啟動程式，如果光碟機中沒有光碟片的話，系統接著從硬碟啟動。如果啟動的目的是要載入作業系統的話，接下來微電腦將會先執行啟動程式，然後載入作業系統、完成作業系統初始化、將系統的控制權交給作業系統。

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